土木関連の設計・監理などに携わる三菱地所設計が、3Dプリント技術を活用して木質建築物を生成する最新のシステムを構築しました。木質素材にも対応できる3Dプリント技術とはいったいどのようなものなのでしょうか。
今回は、3Dプリントにおける建築物の生成技術に関するニュースをもとに、従来の3Dプリントとの違いや木質建築物を3Dプリントで生成するメリットなどについて深掘りしていきます。建設業界の新たな技術について詳しく見ていきましょう。
木質建築物を生成する3Dプリント技術が登場
全国で土木関連の設計・監理をはじめ、住宅リノベーションや都市開発事業などを展開している「三菱地所設計」が、3Dプリントの新たな技術として、木質の構造物をつくる「Regenerative Wood（リジェネレーティブ ウッド）」というシステムを構築しました。
当3Dプリント技術は3Dプリンターの素材（フィラメント）に、細かく粉状にされた「木粉」を使用します。木質素材の建築物をつくり出せる3Dプリント技術は世界初であり、日本でよく用いられている木造住宅の建築などにも今後役立つのではないかと注目を集めています。
そもそも3Dプリント技術のことがわからないとという方は、以下の記事をチェックしてみてください。やり方や活用事例を解説しています。
3Dプリント技術で生成された木質建築物の例
三菱地所設計は3Dプリント技術を活用した木質建築物「TSUGINOTE TEA HOUSE」を、自社本店に展示しています。
木質のフィラメントを細かくパーツに分けて組み立てることで、上画像のようなキレイな曲線を描く建築物が生み出されています。
3Dプリント技術で生成された木質家具の例
木質素材を利用した3Dプリント技術は、建築物だけでなく家具としての価値があると期待されています。
三菱地所設計の本社には「Regenerative Wood #1」という名称のカウンター・パーテーションが展示されており、こちらもすべて3Dプリント技術から生み出されている製品です。
簡単な組み立てだけでパーテーションやカウンターを生み出せることはもちろん、自然由来の素材を使うことから、屋内にウッディな雰囲気、そして木材の良い香りを感じられます。
3Dプリント技術は、ほかにも金属フィラメントを利用した技術なども活用されています。
詳しいニュースを以下で解説しているので、あわせてチェックしてみてください。
木質建築物の3Dプリント技術と従来技術との違い
3Dプリントと言えば、今まで次のような素材を用いるのが一般的でした。
- 樹脂
- ポリウレタン金属
- セメント（モルタル）
上記のなかでも建物・構造物の生成に利用されつつあるのが、セメントを用いた3Dプリント技術です。実際に、土木の現場などで構造物の一部を専用の3Dプリント機器で対応に当たったという事例なども複数あります。
対して新たに登場した木質建築物の3Dプリント技術は、今までにない「木」を素材とします。
従来の3Dプリント技術は、熱で液状にされた素材が凝固することにより生成後の強度を維持しますが、木質建築物の3Dプリント技術は粉末状の木材と樹脂を組み合わせることによって固化に対応できるのが特徴です。
環境への問題が懸念される樹脂の必要性やコストを抑えられる技術として、今後の家具作りや建築物づくりに役立つのではないかと期待されています。
3Dプリントで木質建築物を生成するメリット
3Dプリント技術で木質建築物を生成することには、環境・工期など複数のメリットがあります。
新たに生み出された技術の魅力を詳しく見ていきましょう。
日本の木造建築物に適用できる
三菱地所設計が構築した木質建築物の3Dプリント技術は、木造建築物が主流である日本の建物に利用しやすいのが魅力です。
高温多湿な日本では、コンクリート系の建物よりも湿度調整をしやすい木造のほうが向いています。従来の樹脂系・金属系のフィラメントでは住宅に対応できなかったほか、セメント系のフィラメントも構造物などでしか利用できませんでした。
対して木質建築物の3Dプリントなら、いずれ家屋などに適用できる可能性があると注目されています。
製造時に発生する木くずなどを材料にできる
木質建築物の3Dプリントに利用される材料は、主に工場などから発生する木くずなどをフィラメントに利用します。
従来、木材を成形したり、家具を作成したりする際などに発生する木くずは、ゴミとして処分され、焼却処理されるのが一般的でした。一方で3Dプリントのフィラメントとして活用すれば、ゴミとして処分されていた木くずを二次利用できます。
ゴミとして処分する必要がなくなることはもちろん、手間をかけずに入手できること、焼却処分する必要がなくなるなど、複数の点でメリットのある技術だと言えます。
CO2排出量削減に役立つ
木質建築物を生成できる3Dプリント技術は、通常だと処分される木くずを利用するため、今まで焼却処分されてCO2を排出していた問題を解決しやすくなるのが魅力です。
もちろん、木くずを無駄にしない取り組みは、ほかにも次のような対策があります。
| 木くずの対策 | 概要 |
| 堆肥化 | 生ごみなど一緒に混合して発酵させることで農業用の堆肥として利用する |
| 燃料化 | バイオマス発電など木くずを燃料として電力を生み出す |
とはいえ、上記の対策だけではすべてをまかないきることができません。
よって、木質建築物を生み出せる3Dプリント技術の登場により、今後さらなる木くずのリジェネラティブ（再生可能）を実現しやすくなるでしょう。
木質建築物の3Dプリント技術の課題
木質素材を使って自由自在に建築物などを生み出せる最新の3Dプリント技術には、複数の魅力があります。その一方で実用化に向けた課題があることにも注意が必要です。
参考として現時点で解消できていない課題について整理しました。
建築基準法といった条件を満たせていない
建築物を設計する際には、建物の強度といった条件を満たすためのルールとして「建築基準法」が設けられています。しかし、3Dプリント技術で生成された木質建築物は、技術が新しいことから具体的なルールに当てはめることが難しく、実用化ができていません。
今後、建築物などで利用する目的で実用化を目指すためには、強度試験をクリアなど複数の条件を満たさなければならないのが課題です。
完全な木材ではないため本来の性能を発揮しにくい
3Dプリントのフィラメントとして利用されている木質材料は、粉状の木材と樹脂材などの素材を混ぜ込んでつくられているため、通常の木材と同様の性能を発揮しにくいのが課題です。
例えば、従来の木材は気の繊維のおかげで呼吸（収縮など）をします。
一方でフィラメントとして利用された木質素材は繊維というものがないため、日本家屋特有のしなやかさなどを生み出せません。
また、樹脂材などが含まれている木質材料の場合、火災発生時に有毒ガスを発生させる恐れがあることにも注意が必要です。実用化をするためには安全性の確保はもちろん、日本の気候に合わせた性能の確保が重要になるでしょう。
木質建築物における3Dプリントの手順
木質建築物は、現場で直接生成するのではなく、次の手順のように一度工場などでパーツを生成したうえ、現場で組み立てるのが特徴です。
- 木質素材を調達する
- 樹脂素材と木質素材を混合をして3Dプリントのフィラメントをつくる
- 工場などで3Dモデルに合わせた建築物のパーツを生成する
- 出力されたパーツを小分けの状態で現場に発送する
- 現場で建築物を組み立てる
例えば三菱地所設計が公開している木質建築物の「TSUGINOTE TEA HOUSE」は、かまくらをイメージするドーム状の見た目の建築物です。3Dプリントで出力した素材は固化するまでに一定の時間が必要であるため、現場でまとめて生成することが難しいと言われています。
そのため現在は、工場などでパーツを分けて生成し、後から組み立てるという方式が採用されています。各パーツは釘やネジなどを必要とせず、かみ合わせ（継手）だけで固定できるのが特徴です。生成した素材以外が不要であるため、組み立ても簡単だそうです。
3Dプリンターを実際に導入してみたいと検討中の方は、以下の専門サイトにアクセスしてみてください。ニーズに合う最適な3Dプリント製品を提案します。
木質建築物の3Dプリントに関する今後の動向
木質建築物を生み出せる3Dプリント技術の実用化を進める三菱地所設計は、同グループ各社と協力して、次のサイクルをワンストップで対応できる仕組みをつくり出す予定です。
- 樹木の育成・伐採
- 製剤
- 3Dプリントの企画・設計
- 運用
国内および世界で活躍する大企業であるからこそ実現できるワンストップでの対応であり、外部企業を挟まないことによって製造コストの削減はもちろん、生み出された木材は建築・リフォーム事業にそのまま活用できるのが魅力です。
木質建築物の3Dプリントについてまとめ
新たに登場した木質素材を使った建築物の3Dプリントは、まだ始まったばかりの技術です。
実用化に向けての課題は複数ありますが、全てを解決できれば建築作業の効率化やプレキャスト化を実現しやすくなります。
木材を多く利用する日本の建物にも関わる技術であるほか、木くずを燃やす際に発生するCO2の排出量削減にもつながる取り組みですので、今後の動向から目が離せません。
